如何基于剩余電流原理設(shè)計(jì)防火探測(cè)與監(jiān)控系統(tǒng)?

　　剩余電流與泄漏電流及其關(guān)系

　　什么是剩余電流?剩余電流是“同一時(shí)刻，在電氣裝置中的電氣回路給定點(diǎn)處的所有帶電體電流值(即瞬時(shí)值)的代數(shù)和”，其英文譯名為“residual current”。眾所周知，對(duì)稱(chēng)三相交流電流，任一時(shí)刻不同相導(dǎo)體的電流代數(shù)值，或零或正或負(fù)，其和總是為“零”，即對(duì)稱(chēng)三相交流電流瞬時(shí)值之和為零。

　　什么是泄漏電流?泄漏電流是“正常運(yùn)行狀況下，在不期望的可導(dǎo)電路徑內(nèi)流過(guò)的電流”，其英文譯名為“l(fā)eakage current”。該術(shù)語(yǔ)中“不期望的可導(dǎo)電路徑”概念寬泛，本文特指“從帶電部件流入大地”，即泄漏電流是指所謂的對(duì)地泄漏電流：“無(wú)絕緣故障，從設(shè)備的帶電部件流入大地的電流”。約定俗成，本文將其略去“對(duì)地”二字，稱(chēng)之為“泄漏電流”。

　　正常泄漏電流不引起火災(zāi)

　　正常泄漏電流是平均分布的，這種平均分布的泄漏電流可以分為平均線式分布的泄漏電流和平均點(diǎn)式分布的泄漏電流。

　　平均線式分布的泄漏電流是指沿線路平均泄漏的電流，是由于相導(dǎo)體存在的對(duì)地分布電容引起的。

　　平均點(diǎn)式分布的泄漏電流是指各變、配、用電設(shè)備以“點(diǎn)”形式存在的很小的泄漏電流。

　　由此可見(jiàn)，正常泄漏電流是線路和用電設(shè)備分布平均的泄漏電流，其集合量可能達(dá)到數(shù)百毫安以上，但分布平均的泄漏電流非常微小，所以正常泄漏電流再大，只是集合量大，并非某一點(diǎn)集中的大電流，因此沒(méi)有足夠大的能量引發(fā)火災(zāi)，不是火災(zāi)的隱患。

　　接地故障電流可引燃可燃物

　　接地故障電流是因絕緣故障而流入大地的電流，其典型特征是“點(diǎn)熱積聚效應(yīng)”。

　　由于電氣故障或設(shè)備老化在某一點(diǎn)發(fā)生，這種接地故障不全是金屬性的。非金屬性接地故障的泄漏電流在能量積聚過(guò)程中，將使對(duì)地電流緩慢地或突然增加。

　　具有“點(diǎn)熱積聚效應(yīng)”的泄漏電流，其300 mA的能量是一個(gè)什么概念呢?300mA的電流相當(dāng)于一只75 W的白熾燈泡發(fā)出的熱量。

　　GB 50016 - 2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《建規(guī)》)提供了一組白熾燈表面溫度烤燃可燃物的溫度試驗(yàn)數(shù)據(jù)——75 W的白熾燈泡，以臥式埋入稻草中2min可以烤至其著火。這就是300mA“點(diǎn)熱積聚效應(yīng)”所能引燃可燃物的能量。

　　剩余電流與接地故障的關(guān)系

　　造成剩余電流的原因主要來(lái)源于如下幾種情況：線路不對(duì)稱(chēng)、負(fù)載不對(duì)稱(chēng)和諧波。

　　這三種主要情況，無(wú)論是線路或負(fù)載不對(duì)稱(chēng)還是諧波均為供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，不應(yīng)作為故障報(bào)警信息，只要采取合適的糾正措施，正常剩余電流值是比較小的，在整定剩余電流報(bào)警的閾值時(shí)完全可以躲過(guò)。

　　接地故障是引發(fā)大增量剩余電流的主因。由于接地故障是供配電系統(tǒng)一種嚴(yán)重的不平衡狀態(tài)，由此引發(fā)的剩余電流在正常剩余電流基礎(chǔ)上大幅度疊加。

　　力排俗稱(chēng)“漏電”的誤導(dǎo)

　　“剩余電流”是一技術(shù)性術(shù)語(yǔ)，尤其“剩余”二字專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，而“漏電”一詞普遍讓人感覺(jué)較為直觀淺顯，易理解。

　　因此，2005年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠攏后，雖然將漏電保護(hù)斷路器改為剩余電流保護(hù)斷路器，但坊間乃至專(zhuān)業(yè)場(chǎng)合還是一直延用“漏電”作為“剩余電流”的俗稱(chēng)或代名詞，還是一直把“剩余電流保護(hù)斷路器”習(xí)慣性地稱(chēng)為“漏電保護(hù)斷路器”。

　　在技術(shù)上，用“漏電”去認(rèn)識(shí)“剩余電流”嚴(yán)重缺乏電氣內(nèi)涵的滲透力。

　　因此，當(dāng)采用“漏電開(kāi)關(guān)”“漏電斷路器”等約定俗成的習(xí)慣性用語(yǔ)時(shí)，務(wù)必排除用“漏電”替代“剩余電流”的概念性干擾，保持專(zhuān)業(yè)定力，以免被誤導(dǎo)甚至曲解。

　　“系統(tǒng)”設(shè)置對(duì)象

　　如果把上述“剩余電流”的概念弄清楚，那么設(shè)計(jì)一個(gè)層次化的電氣火災(zāi)監(jiān)控(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“系統(tǒng)”)應(yīng)當(dāng)就水到渠成了。

　　以往各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范只是籠統(tǒng)圈定各類(lèi)電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器的設(shè)置，而到底在什么建筑，建筑物內(nèi)的哪些場(chǎng)所需要設(shè)置剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“探測(cè)器”)模糊不清。

　　基于“剩余電流”原理，對(duì)“系統(tǒng)”做出層次化的架構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定，將其分為兩個(gè)層級(jí)。其中具體明確了“系統(tǒng)”設(shè)置對(duì)象的“建筑物”，并將其作為配置“探測(cè)器”的第一級(jí)，然后繼續(xù)識(shí)別該建筑物內(nèi)的具體“場(chǎng)所”，再將其作為配置“探測(cè)器”的第二級(jí)。

　　對(duì)第一層級(jí)而言，重要的是要在眾多的建筑物中識(shí)別篩選出那些屬于使用性質(zhì)重要、發(fā)生電氣火災(zāi)危險(xiǎn)性大的建筑物。

　　住宅、公寓在《119號(hào)令》中不作為公安機(jī)關(guān)消防自審自驗(yàn)的對(duì)象，在《規(guī)程》中沒(méi)被列在第3.2. 1條“應(yīng)”設(shè)置的范圍內(nèi)，而是涵蓋在第3. 2. 2條第1款的“一類(lèi)高層民用建筑”的“宜”設(shè)置規(guī)定中。這里的“一類(lèi)高層民用建筑”是針對(duì)一類(lèi)高層居住(住宅、公寓)建筑的。

　　需要特別指出，住宅、公寓雖不在《119號(hào)令》重點(diǎn)監(jiān)管范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)下列相關(guān)規(guī)范作“系統(tǒng)”設(shè)置：

　　a. GB 50368 - 2005《住宅建筑規(guī)范》第8. 5. 2條“住宅供配電應(yīng)采取措施防止因接地故障等引起的火災(zāi)”(強(qiáng)條)。

　　b. JGJ 16 - 2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第13. 12. 2條“…… 住宅，應(yīng)設(shè)接地故障報(bào)警并應(yīng)符合本規(guī)范第7. 6. 7條的規(guī)定?！?/p>

　　c. GB 50096 - 2011《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》第8. 7. 2條第6款“每幢住宅的總電源進(jìn)線應(yīng)設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)或剩余電流動(dòng)作報(bào)警。”

　　d. GB 50054 - 2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《低配》)第6. 4. 1條“當(dāng)建筑物配電系統(tǒng)符合下列情況時(shí)，宜設(shè)置剩余電流監(jiān)測(cè)或保護(hù)電器，其應(yīng)動(dòng)作于信號(hào)或切斷電源：1 配電線路絕緣損壞時(shí)，可能出現(xiàn)接地故障;2 接地故障產(chǎn)生的接地電弧，可能引起火災(zāi)危險(xiǎn)?！?/p>

　　對(duì)第二層級(jí)而言，關(guān)鍵的是要在《規(guī)程》第3. 2節(jié)已經(jīng)確定需要設(shè)置“系統(tǒng)”的建筑物基礎(chǔ)上，繼而識(shí)別“火災(zāi)危險(xiǎn)性或火災(zāi)影響大或兩者兼?zhèn)涞膱?chǎng)所”作為“探測(cè)器”的設(shè)置部位，即電氣火災(zāi)隱患監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

　　《規(guī)程》第3. 3節(jié)“探測(cè)器設(shè)置部位”在識(shí)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，查找了第3. 2. 1、3. 2. 2條所列建筑物相關(guān)建筑設(shè)計(jì)(防火)規(guī)范，逐一汲取其理論，著力以“人員密集(1. 0人 /m2)、人員較密集且可燃物多、可燃物多”為原則，篩選出并認(rèn)定其中那一些屬于使用性質(zhì)重要、發(fā)生電氣火災(zāi)危險(xiǎn)性大，尤其是滿(mǎn)足“300 mA泄漏電流能引燃可燃物”這一因果關(guān)系的建筑物內(nèi)部的具體場(chǎng)所，將其列為第3. 3. 1、3. 3. 2條，并相應(yīng)作出“供配電回路應(yīng) / 宜設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控點(diǎn)”的規(guī)定，以便“直接”“有效”從這些場(chǎng)所獲取火災(zāi)隱患信號(hào)。

　　”系統(tǒng)“應(yīng)是預(yù)警的

　　從“直接”“有效”的設(shè)置理念來(lái)看，“系統(tǒng)”是把所感知的低于能夠引燃可燃物的最高閾值作為系統(tǒng)的“有效”動(dòng)作報(bào)警值。

　　也就是說(shuō)，“系統(tǒng)”報(bào)警只說(shuō)明環(huán)境具備了引燃可燃物的必要條件，但不是充分條件，只有同時(shí)具備貼近甚至是緊貼可燃物而且經(jīng)過(guò)一段溫升時(shí)間的能量聚集，方能釀成火災(zāi)。

　　“系統(tǒng)”的動(dòng)作報(bào)警值無(wú)論在“BE2”場(chǎng)所，還是在民用建筑的應(yīng)用，對(duì)火災(zāi)隱患的反映判斷 “提前量”都很大，所以該“系統(tǒng)”應(yīng)是預(yù)警的，“系統(tǒng)”的動(dòng)作應(yīng)作用于信號(hào)而不應(yīng)該也不必要作用于斷開(kāi)電源。

　　為正常供電設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)

　　當(dāng)必須以切斷電源的方法，才能確定其是否為泄漏電流隱患線路的時(shí)候，這些線路，尤其是重要負(fù)荷線路，應(yīng)當(dāng)配置剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。